1气凝胶复合保温材料简介
气凝胶是一种由纳米量级胶体粒子相互聚集构成的纳米多孔网络结构，是由分子或高分子聚合物交联而成的空间网络结构的非晶固体材料［1］，其比表面积高达500~1200m2/g，孔隙率高达80%~99.8%，孔隙尺寸约为10~100nm［2］。由于独特的纳米多孔结构，使得气凝胶材料具有优异的隔热性能。同时它又是无机材料，具有不燃或阻燃作用，在保温隔热领域具有广泛的应用前景［3 、4］。
尽管气凝胶具有优异的保温隔热性能，但由于其强度低、脆性大等缺点，使气凝胶不能单独作为块体材料应用于工业和建筑保温。因此要采取一些办法对将气凝胶进行增强、增韧。
目前已经有过报道的气凝胶增强、增韧的手段，主要是采用无机纤维，包括玻璃纤维、陶瓷纤维、硅酸铝纤维等。一方面使气凝胶得到纤维材料的保护，克服了强度低、韧性差的缺点，另一方面也使纤维材料获得了气凝胶低导热系数和完全疏水的特性，扩展了气凝胶的用途［5］。
2核电站的使用需求
目前国内核电站内采用的保温材料主要为玻璃棉制品，而玻璃棉的导热系数会随着温度的升高，而急剧增加。表1中所列为国内核电站所使用的某玻璃棉制品的导热系数检测报告，当检测温度达到300℃时，导热系数已经达到了0.080 W/(m•K)。
核岛内空间有限，管道和设备数量众多，有大量需要进行保温的管道和设备（核岛内管道保温的厚度范围在30mm~160mm）。在现场施工中经常会遇到由于物项互相干涉，而无法保证保温层正常施工的情况。保温层厚度不满足设计要求，会导致管道内介质在输送过程中，造成热量的损耗；管道造成的高温环境影响相邻设备的正常运行，并有可能造成人员的烫伤。
表2所列为某气凝胶复合保温材料的导热系数报告，其在500℃时的导热系数也仅有0.059 W/(m•K)。对比表1和表2可以看到，气凝胶复合产品的导热系数要远远低于玻璃棉产品的导热系数，并且导热系数随温度上升趋势缓慢。常温下，气凝胶复合产品的导热系数只有0.016 W/( mK) ，其在200℃时的导热系数也仅为0.022 W/( mK)；而相同温度下玻璃棉制品的导热系数达到0.027~0.057 W/( mK)。在同一工况达到相同保温效果的条件下，气凝胶复合绝热材料的用量仅为玻璃棉用量的1/2~1/3，减少了保温材料的使用量以及保温结构占用的空间，避免了由于物项干涉而导致的施工问题，同时也提高了管道和设备的保温性能，能够极大程度的解决核电站内设备和管道的热损失问题以及核岛厂房内布置空间受限的问题。
李智等人通过在蒸汽管道上分别实施硅酸铝棉和气凝胶复合绝热毡两种保温方案后的对比结果表明，在表面温度为41.5℃ 条件下，气凝胶复合绝热毡保温方案中保温材料的用量仅为传统硅酸铝棉方案的35.4%，节能率提高约25%［6］。
3性能要求分析
虽然气凝胶复合保温材料相比于传统保温材料，可以大大减少保温材料的用量，提高节能率，但目前尚无核电站内应用的先例。
众所周知，核电站的特殊性不言而喻。新材料在核电站应用之前，必须经过大量的试验验证。结合核电站内的使用环境，笔者认为，应用于核电站的气凝胶复合保温材料，在满足标准规范GB/T 34336-2017《纳米孔气凝胶复合绝热制品》的前提下，还至少需要考虑以下几方面的性能要求：
a）对辐照环境的敏感性：核岛内的辐照环境会对材料的性能产生影响，气凝胶复合保温材料在辐照环境下的性能参数是否会发生变化，尚未查询到有此方面的研究成果；
b）对地坑过滤器以及对水质的影响： 在假设的LOCA事故条件，高能管道发生断裂，流体冲击到保温结构上，保温材料散落后所形成碎片，是否会对地坑过滤器产生堵塞，是否会与循环水发生反应，仍需进行试验验证和分析；
c）设备和管道震动的影响：目前的气凝胶产品普遍存在“掉渣”的情况，GB/T 34336-2017《纳米孔气凝胶复合绝热制品》也要求对气凝胶复合保温材料的震动质量损失率进行控制，但是否会对其他性能产生影响，也需进行验证；
4结论
综上所述，将气凝胶复合保温材料应用于核电站内管道和设备的保温，可以有效的减少保温材料用量，解决核岛内保温材料施工空间不足的问题；但另一方面，气凝胶复合保温材料的耐辐照性能，以及事故条件下，对地坑过滤器以及循环水质影响方面，仍需进行大量的验证工作。
引用文献
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[4]吴志坚． 无机气凝胶研究进展［J］． 材料导报，2001， 15( 11) : 38．
[5]吴会军，胡焕仪，廖云丹，等.纤维对气凝胶复合材料导热和力学性能的影响研究［J］．广州大学学报:自然科学版，2014 13 (2):66-70.
[6]李智，李建平，任富建，赵耀耀．气凝胶复合绝热毡在蒸汽管道保温中的应用［J］．建筑技术，2017，10：1112-1113
